Dr. Andreas Sputtek, Zentrum für Labormedizin und Mikrobiologie, Alfried Krupp Krankenhaus, Essen: Nein, Zellen und Gewebe im Gehirn überleben das Einfrieren nicht. Wenn man eine Zelle abkühlt, die sich in einer wässrigen Lösung befindet, bildet sich bei langsamem Abkühlen das erste Eis im Zellaußenraum, sobald der Gefrierpunkt unterschritten wird. Dort entstehen dann Eiskristalle. Außerhalb der Zelle befinden sich aber auch noch Elektrolyte, also Salze, und weil sich das Wasser in Form von Eis aus der Lösung verabschiedet, steigt die Konzentration der Elektrolyte außerhalb der Zelle. Das führt zu einem Ungleichgewicht zwischen Zellinnen– und Zellaußenraum. Um dieses auszugleichen, muss das Wasser aus dem Innenraum nach draußen, da die Salze nicht nach drinnen können, wodurch die Zellen schrumpfen. Letztendlich führt also zu langsames Einfrieren dazu, dass sich die Zellen „totschrumpfen“.

Leider können wir nicht einfach sagen: Hey — dann frieren wir die Zellen doch so schnell ein, dass sie das Wasser gar nicht erst abgeben können. Dann nämlich bildet sich das Eis im Zellinnenraum. Auch daran gehen die Zellen zugrunde. Es gibt zwar für jede Zellart eine eigene optimale Kühlrate, also eine bestimmte Temperaturabsenkung pro Zeiteinheit. Aber das Gehirn besteht aus vielen unterschiedlichen Zellarten. Und was für die eine Zellart optimal ist, kann für die andere das Ende bedeuten. Außerdem ist die Kühlrate ortsabhängig. Das bedeutet, dass Zellen, die näher an der Oberfläche liegen, anders abkühlen als Zellen im Inneren. Dann ist die Kühlrate an der einen Stelle vielleicht optimal, aber dafür an anderer Stelle wieder zu langsam oder zu schnell. Letztendlich erreicht man keine gleichmäßige Verteilung der Kühlrate über das gesamte Gehirn.

Diese beiden Mechanismen, die beim Einfrieren hauptsächlich schädigend sind, nennen wir intrazelluläre Eisbildung und osmotische Entwässerung. Dazu kommt noch, dass sich Wasser, das zu Eis gefriert, um circa acht Prozent ausdehnt. Das führt wiederum bei größeren Zellverbänden zu Rissbildungen, vergleichbar mit Rissen auf einer Eisfläche im Winter. Gerade bei einem komplex vernetzten Nervensystem wie dem Gehirn führen solche sogenannten Versprödungsrisse, die quer durchs Gehirn laufen, dazu, dass die Nervenzellen nicht mehr miteinander interagieren können. Informationsaufnahme, –verarbeitung und –weitergabe sind nicht mehr möglich.

Zudem funktioniert das Einfrieren von Zellen und Geweben, die Kryokonservierung, bisher nur mit Gefrierschutzadditiven, sogenannten Kryoprotektiven. Diese verhindern die Kristallisation und schützen die Zellen beim Einfrieren. Bei allen biologischen Zellen, die man heute haltbar machen kann, muss man sie zusätzlich einsetzen. Aber es ist schwierig, sie genau in der richtigen Menge zu dosieren. So kann es passieren, dass die Substanzen, die man in hohen Konzentrationen zugeben muss, selbst wiederum toxisch auf die Zellen wirken, die sie schützen sollen. Dann ist es zwar möglich, die Zellen einzufrieren und auch wieder aufzutauen, ohne dass sie auf den ersten Blick Schaden nehmen. Aber nach dem Auftauen sind sie nicht mehr funktionstüchtig.

Solche Schädigungseffekte sind im Prinzip auch der Grund, warum größere Organe bislang noch nicht eingefroren werden konnten. Nicht einmal Organe wie das Herz und die Niere, die im Vergleich zum Gehirn eher „simpel“ aufgebaut sind, können bislang erfolgreich eingefroren und wieder aufgetaut werden.

Aufgezeichnet von Maike Niet